JPH085709B2 - Ceramic composite material and manufacturing method thereof - Google Patents
Ceramic composite material and manufacturing method thereofInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、セラミック複合材とその製造方法に関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic composite material and a method for manufacturing the same.
従来の技術 アルミナ系セラミック材料は硬さ、機械的強度、耐熱
性、化学的安定性等に優れており、またSiCやSi3N4のセ
ラミック材料と比較しても耐熱性が劣っておらず、しか
も安価に得られることから、工業用セラミック材料とし
て広く用いられている。Conventional technology Alumina-based ceramic materials have excellent hardness, mechanical strength, heat resistance, chemical stability, etc., and are not inferior in heat resistance to SiC or Si 3 N 4 ceramic materials. Moreover, since it can be obtained at low cost, it is widely used as an industrial ceramic material.
従来、アルミナ系セラミック製品は、単結晶ファイバ
ーを除き、粉体を所定形状に成形したのちに焼成する
か、あるいは成形と焼成を同時に行うことによって製造
していた。Conventionally, an alumina-based ceramic product has been manufactured by removing a single crystal fiber and molding the powder into a predetermined shape, followed by firing, or simultaneously performing molding and firing.
第８図に示すように、従来のアルミナ系セラミック材
料は単純形状の粒状体31がAl2O3であり、残部がBNから
成るマトリックスを構成している。As shown in FIG. 8, the conventional alumina-based ceramic material forms a matrix in which the granular particles 31 having a simple shape are Al 2 O 3 and the balance is BN.
発明が解決しようとする問題点 従来のアルミナ系セラミック材料には次のような欠点
があった。Problems to be Solved by the Invention Conventional alumina-based ceramic materials have the following drawbacks.
（１）硬いため加工性が劣る。(1) Workability is poor because it is hard.
（２）脆性の強い材料であるため衝撃に弱い。一般的に
いって、セラミック材料は破壊靭性値が金属に比べ大巾
に劣っている。(2) Since it is a brittle material, it is weak against impact. Generally speaking, the fracture toughness value of ceramic materials is far inferior to that of metals.
（３）複雑形状の製品を精密に成形加工するのが困難で
ある。(3) It is difficult to precisely mold a product having a complicated shape.
（４）焼成温度が1500〜1900℃と高い。(4) The firing temperature is as high as 1500-1900 ° C.
（５）焼成収縮が大きい。(5) Firing shrinkage is large.
（６）耐熱衝撃性が小さい。(6) Small thermal shock resistance.
（７）金属に比べて潤滑性が劣っている。(7) The lubricity is inferior to that of metal.
このような欠点があるため、アルミナ系セラミック製
品は、多くの優れた基本的特性を有しながら、強度特性
とか機械的な信頼性が厳しく要求される構造材としては
使用が困難であった。Due to these drawbacks, alumina-based ceramic products have been difficult to use as structural materials that have many excellent basic properties, but are strictly required to have strength properties and mechanical reliability.
発明の目的 本発明は、前述のような技術背景を勘案して、良好な
強度特性と高い機械的な特性を保持し、しかも安価に製
造できるセラミック複合材とその製造方法を提供するこ
とを目的としている。OBJECT OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above technical background, and an object of the present invention is to provide a ceramic composite material that can maintain good strength characteristics and high mechanical characteristics and can be manufactured at low cost, and a manufacturing method thereof. I am trying.
発明の要旨 このような目的を達成するために、第１発明は、多数
のAl2O3からなる長尺体が互いに連結されてAl2O3多孔体
が形成されていて、そのAl2O3多孔体の孔にSiO2、MgO、
Si3N4の１種以上が密に含有されていることを特徴とす
るセラミック複合材を要旨としている。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve this object, a first invention provides an elongated body comprising a plurality of Al 2 O 3 is connected to each other Al 2 O 3 porous body is formed, the Al 2 O 3 In the pores of the porous body, SiO 2 , MgO,
The gist is a ceramic composite material characterized in that one or more kinds of Si 3 N 4 are densely contained.
また、第２発明の要旨とするところは、SiO2を主成分
とするガラス成形体を高純度のAl融液中に浸漬してAlと
SiO2を反応させ、その後AlとSiを除去して、多数のAl2O
3からなる長尺体が互いに連結されたAl2O3多孔体を形成
し、しかるのちAl2O3多孔体の孔にSiO2、MgO、Si3N4の
１種以上を含浸してから焼成することを特徴とするセラ
ミック複合材の製造方法にある。The gist of the second invention is that a glass molded body containing SiO 2 as a main component is immersed in a high-purity Al melt to form Al.
After reacting SiO 2 and then removing Al and Si, a large number of Al 2 O
After forming a porous body of Al 2 O 3 in which elongated bodies made of 3 are connected to each other, and then impregnating the pores of the Al 2 O 3 porous body with at least one of SiO 2 , MgO, and Si 3 N 4 A method for producing a ceramic composite material is characterized by firing.
また、第３発明の要旨は、SiO2を主成分とするガラス
成形体をAlで蒸着処理し、ガラス成形体中のSiO2とAlを
反応させ、その後AlとSiを除去して、多数のAl2O3から
なる長尺体が互いに連結されたAl2O3多孔体を形成し、
しかるのちAl2O3多孔体の孔にSiO2、MgO、Si3N4の１種
以上を含浸してから焼成することを特徴とするセラミッ
ク複合材の製造方法にある。Further, the gist of the third invention is that a glass molded body containing SiO 2 as a main component is vapor-deposited with Al, SiO 2 and Al in the glass molded body are reacted with each other, and then Al and Si are removed. Al 2 consists O 3 long body and linked Al 2 O 3 porous form each other,
Then, a method for producing a ceramic composite material is characterized in that the pores of the Al 2 O 3 porous body are impregnated with at least one of SiO 2 , MgO and Si 3 N 4 and then fired.
実施例 第１図は、AlとSiを除去する前のAl2O3−Al−Si系複
合材の切断面（ダイヤモンドペーストによる研磨面）を
示す倍率800倍の顕微鏡写真である。Example FIG. 1 is a micrograph at a magnification of 800 showing a cut surface (polished surface with a diamond paste) of an Al 2 O 3 —Al—Si composite material before removing Al and Si.
なお、本明細書では「Al2O3−Al−Si系」という表現
は最も広義に使用しており、Al2O3、AlおよびSiが主成
分であることを意味し、主成分以外の未反応のSiO2を含
むこともあり、すべて本発明の範囲に入る。In this specification, the expression “Al 2 O 3 —Al—Si system” is used in the broadest sense, meaning that Al 2 O 3 , Al and Si are the main components, and other than the main component. It may also contain unreacted SiO 2 and are all within the scope of the invention.
第２〜４図はこの発明に用いるAl2O3多孔体の破断面
を示す倍率1000倍、2000倍および7000倍の顕微鏡写真で
ある。2 to 4 are photomicrographs showing fracture surfaces of the Al 2 O 3 porous material used in the present invention at magnifications of 1000 times, 2000 times and 7000 times.
第5A図と第5B図は、それぞれ、この発明によるセラミ
ック複合材の微細構造を示す断面図と顕微鏡写真であ
る。多数のAl2O3の長尺体33が互いに連結されてAl2O3多
孔体を構成し、その多孔体の孔にSiO2、MgO、Si3N4の１
種以上（第5A図の符号34で示す部分）が密に含有されて
いる。5A and 5B are a cross-sectional view and a micrograph showing the microstructure of the ceramic composite material according to the present invention, respectively. A large number of elongated Al 2 O 3 bodies 33 are connected to each other to form an Al 2 O 3 porous body, and the pores of the porous body are made of SiO 2 , MgO, and Si 3 N 4 .
The seeds and above (the portion indicated by reference numeral 34 in FIG. 5A) are densely contained.
第１〜４図からも明らかなように、この発明によるセ
ラミック複合材のAl2O3多孔体は、多数のAl2O3の複雑形
状の長尺体33が互いに連結されて連続しているととも
に、各長尺体33がランダムな方向に向いている。また、
この発明によるセラミック複合材のAl2O3多孔体は、多
数のAl2O3の長尺体33が互いに連結されて連続すること
により全体として三次元網状になっている。As is clear from FIGS. 1 to 4, in the Al 2 O 3 porous body of the ceramic composite material according to the present invention, a large number of complicated elongated bodies 33 of Al 2 O 3 are connected to each other and are continuous. At the same time, each elongated body 33 faces in a random direction. Also,
The Al 2 O 3 porous body of the ceramic composite material according to the present invention has a three-dimensional net shape as a whole by connecting a large number of Al 2 O 3 elongated bodies 33 connected to each other.
なお、Al2O3の長尺体33は規則的な一定形状でなく不
規則な形状をしていて、各々が比較的偏平になってい
る。The elongated body 33 of Al 2 O 3 has an irregular shape instead of a regular uniform shape, and each is relatively flat.
前述のセラミック複合材の製造方法について述べる
と、まずSiO2を主成分とするガラス成形体（例えば石英
ガラスの成形体）をつくり、必要に応じて所望の形状に
加工する。そして、そのようなガラス成形体を減圧下あ
るいは不活性雰囲気下で高純度（例えば99％以上、好ま
しくは99.9％以上）のAl融液中に浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式に従ってAlとSiO2を反応
させ、ガラス成形体中のSiO2をAl2O3に置換する。その
結果、Al2O3−Al−Si系の複合材ができる。その後、Al
融液から複合材を取り出し、さらに、Al融液の温度より
も30〜200℃高い温度（たとえば780〜950℃）で加熱処
理する。それにより、複合材に付着している過剰のAl融
液を揮散させるとともに、未反応のSiO2をAlと反応させ
る。しかも、複合材中に残留している歪みを除去する。The method for manufacturing the above-mentioned ceramic composite material will be described. First, a glass molded body containing SiO 2 as a main component (for example, a quartz glass molded body) is formed and, if necessary, processed into a desired shape. Then, such a glass molded body is dipped in a high-purity (eg, 99% or more, preferably 99.9% or more) Al melt under reduced pressure or in an inert atmosphere, and the formula 4Al + 3SiO 2 → 2Al 2 O 3 + 3Si is used. According to the above, Al and SiO 2 are reacted to replace SiO 2 in the glass molded body with Al 2 O 3 . As a result, an Al 2 O 3 —Al—Si-based composite material is formed. Then Al
The composite material is taken out from the melt and further heat-treated at a temperature 30 to 200 ° C. higher than the temperature of the Al melt (for example, 780 to 950 ° C.). As a result, excess Al melt adhering to the composite material is volatilized, and unreacted SiO 2 is reacted with Al. Moreover, the strain remaining in the composite material is removed.
そのあと、エッチング剤によりAlとSiの固溶体を除去
する。それにより多数のAl2O3からなる長尺体が互いに
連結されて形成されたAl2O3多孔体（第２〜４図）がで
きる。得られたAl2O3多孔体は、0.5〜1.5μｍの平均気
孔半径を有する多数の気孔を有しており、少なくとも気
孔の90％以上が気孔半径0.1〜10μｍの範囲に属してい
る。また、本発明のAl2O3多孔体は20〜30％の見掛気孔
率を有している。After that, the solid solution of Al and Si is removed by an etching agent. As a result, an Al 2 O 3 porous body (FIGS. 2 to 4) formed by connecting a number of elongated bodies made of Al 2 O 3 to each other is obtained. The obtained Al 2 O 3 porous body has a large number of pores having an average pore radius of 0.5 to 1.5 μm, and at least 90% or more of the pores belong to the pore radius range of 0.1 to 10 μm. Further, the Al 2 O 3 porous material of the present invention has an apparent porosity of 20 to 30%.
最後に、前述のAl2O3多孔体をマトリックスにして、
それにSiO2、MgO、Si3N4の１種以上を含浸させてから焼
成する。Finally, using the aforementioned Al 2 O 3 porous material as a matrix,
It is impregnated with at least one of SiO 2 , MgO and Si 3 N 4 , and then baked.
また、別の製造方法を述べれば、前述のようなガラス
成形体を不活性雰囲気下または減圧下で高純度（例え
ば、99.9％以上）のAlにより蒸着処理することにより、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式に従ってAlとSiO2を反応
させ、ガラス成形体中のSiO2をAl2O3に置換する。In addition, to describe another manufacturing method, 4Al + 3SiO 2 → 2Al 2 O is obtained by subjecting the above-mentioned glass molded body to vapor deposition with high-purity (for example, 99.9% or more) Al in an inert atmosphere or under reduced pressure. 3 + 3Si formula reacting the Al and SiO 2 in accordance with the, replacing the SiO 2 in the glass molded body Al 2 O 3.
つぎにエッチング剤によりAlとSiの固溶体を除去す
る。それにより多数のAl2O3からなる長尺体が互いに連
結されて形成されたAl2O3多孔体（第２〜４図）ができ
る。Next, the solid solution of Al and Si is removed with an etching agent. As a result, an Al 2 O 3 porous body (FIGS. 2 to 4) formed by connecting a number of elongated bodies made of Al 2 O 3 to each other is obtained.
最後に、前述のAl2O3多孔体をマトリックスとして用
いて、そのAl2O3多孔体の孔にSiO2、MgO、Si3N4の１種
以上を含浸させてから焼成する。また、本発明で用いら
れるSiO2を主成分とするガラス成形体としては、石英ガ
ラスの他、Al2O3、Na2OあるいはCaO等を含有したSiO2系
ガラスでも良い。Finally, using the Al 2 O 3 porous body described above as a matrix, the pores of the Al 2 O 3 porous body are impregnated with at least one of SiO 2 , MgO, and Si 3 N 4 and then fired. Further, the SiO 2 used in the present invention as a glass shaped material whose main component, in addition to quartz glass, Al 2 O 3, Na 2 O or CaO or the like may be SiO 2 system glass containing.
実施例１ 第６図はAl2O3−Al−Si系の複合材を製造するための
反応炉の一例の概略を示している。Example 1 FIG. 6 shows an outline of an example of a reaction furnace for producing an Al 2 O 3 —Al—Si-based composite material.
石英ガラス製の反応容器１は上部が開放されていて、
下方部が閉じられている。その内部には高純度カーボン
製のルツボ２が配置してある。反応容器１の上部にはシ
ャッター３が設けてある。シャッター３の上部には出入
れ部分４が設けてある。出入れ部分４の側部には別のシ
ャッター５が設けてある。出入れ部分４とシャッター３
を貫通して線状の保持器６が垂直に配装できるようにな
っている。保持器６の上部は上下駆動機構13に連結され
ていて、昇降可能になっている。保持器６の下方部はSi
O2を主成分とするガラス成形体７を保持するようになっ
ている。The reaction vessel 1 made of quartz glass has an open top,
The lower part is closed. A crucible 2 made of high-purity carbon is arranged inside thereof. A shutter 3 is provided above the reaction container 1. An entrance / exit portion 4 is provided above the shutter 3. Another shutter 5 is provided on the side of the entrance / exit portion 4. Exit part 4 and shutter 3
The linear retainer 6 can be vertically installed by penetrating therethrough. The upper part of the retainer 6 is connected to the vertical drive mechanism 13 and can be moved up and down. The lower part of the cage 6 is Si
The glass molded body 7 containing O 2 as a main component is held.
また、反応容器１の上方側部には排気口８が形成して
あって、真空ポンプ９に接続してある。An exhaust port 8 is formed on the upper side of the reaction container 1 and is connected to a vacuum pump 9.
さらに、反応容器１の外側にはヒータ10が螺旋状に配
置してある。ヒータ10は、ルツボ２付近に比較して、そ
こよりも上方のところで密に配装して、ルツボ２の上方
でより高温に加熱しうるようになっている。その高温加
熱領域に均熱パイプ（例えば高純度カーボン製のパイ
プ）11が配置してある。Further, a heater 10 is spirally arranged outside the reaction vessel 1. The heaters 10 are densely arranged above the vicinity of the crucible 2 and can be heated to a higher temperature above the crucible 2. A soaking pipe (for example, a pipe made of high-purity carbon) 11 is arranged in the high temperature heating region.
符号12はルツボ２に収容されている純度99.9％のAl融
液を示している。Reference numeral 12 indicates an Al melt having a purity of 99.9% contained in the crucible 2.
なお、ルツボ２やパイプ11を支持するための手段は図
の簡略をはかるため図示を省略している。The means for supporting the crucible 2 and the pipe 11 are not shown for the sake of simplicity.
製造にあたっては、まず円筒状のプリフォームをつく
る。すなわち、SiO2を主成分とする（たとえば石英ガラ
ス製の）一体物、ウィスカ束、ファイバー束その他種々
の円筒状のガラス成形体７をつくる。シャッター５を開
けて、そのガラス成形体７を保持器６の下端に取りつ
け、しかるのちシャッター５を閉じる。つぎはシャッタ
ー３を開けて、保持器６の下端を下降させることによ
り、そのようなガラス成形体７を不活性雰囲気下または
10〜15Torrの減圧下で純度99.9％のAl融液12中に30分だ
け750℃で浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式にしたがってAlとSiO2を
反応させ、ガラス成形体７中のSiO2をAl2O3に置換し、A
l2O3−Al−Si系の複合材を得る。その後、保持器６の下
端を上昇させて、Al融液12から複合材を取り出し、さら
に、パイプ11のところまで上昇させて、そこでAl融液12
の温度よりも30〜200℃高い温度（つまり780〜950℃）
で前述の減圧下で加熱処理する。In manufacturing, first a cylindrical preform is made. That is, various cylindrical glass molded bodies 7 having SiO 2 as a main component (for example, made of quartz glass), whisker bundles, fiber bundles and the like are prepared. The shutter 5 is opened, the glass molded body 7 is attached to the lower end of the holder 6, and then the shutter 5 is closed. Next, by opening the shutter 3 and lowering the lower end of the cage 6, such a glass molded body 7 is placed under an inert atmosphere or
It was dipped in an Al melt 12 having a purity of 99.9% under reduced pressure of 10 to 15 Torr for 30 minutes at 750 ° C., and Al and SiO 2 were reacted according to the formula of 4Al + 3SiO 2 → 2Al 2 O 3 + 3Si to form a glass molded body 7. Substitute SiO 2 in the inside with Al 2 O 3 ,
obtaining l 2 O 3 -Al-Si-based composite material. Then, the lower end of the cage 6 is raised to take out the composite material from the Al melt 12, and further to the pipe 11, where the Al melt 12 is placed.
30 to 200 ° C higher than the temperature of (that is, 780 to 950 ° C)
And heat treatment under reduced pressure as described above.
そのあと、保持器６の下端をさらに上昇させることに
より複合材を出入れ部分４まで上昇させ、シャッター３
を閉じる。そのあと、シャッター５を開け、複合材を保
持器６から除去する。このとき複合材は第１図の構造を
有する。After that, the lower end of the cage 6 is further raised to raise the composite material to the inlet / outlet portion 4, and the shutter 3
Close. Then, the shutter 5 is opened and the composite material is removed from the cage 6. At this time, the composite material has the structure shown in FIG.
以上の製造方法で得られたAl2O3−Al−Si系複合材を
さらにエッチング剤により処理してAlとSiの固溶体を除
去する。たとえば、HFとHNO3とH2Oを1:1:1の割合で混合
したエッチング剤によりAlとSiの固溶体を完全に除去す
る。かくして得られた多数のAl2O3からなる長尺体が互
いに連結されて形成されたAl2O3多孔体は第２〜４図の
構造を有する。また、このAl2O3多孔体は見掛気孔率25
％で、気孔半径0.1〜10μｍの気孔よりなり、平均気孔
半径は0.9〜１μｍであった。The Al 2 O 3 —Al—Si composite material obtained by the above manufacturing method is further treated with an etching agent to remove the solid solution of Al and Si. For example, the solid solution of Al and Si is completely removed by an etching agent in which HF, HNO 3 and H 2 O are mixed at a ratio of 1: 1: 1. The Al 2 O 3 porous body thus obtained, which is formed by connecting a large number of Al 2 O 3 elongated bodies to each other, has a structure shown in FIGS. In addition, this Al 2 O 3 porous body has an apparent porosity of 25
%, And the average pore radius was 0.9 to 1 μm.
このようなAl2O3多孔体をマトリックスとして使用し
てSiO2、MgO、Si3N4の１種以上を含浸する。たとえばSi
O2の場合、Al2O3多孔体をコロイダルシリカに浸漬し、
それをAl2O3多孔体に含浸させ、そのあと1600℃で焼成
する。得られた複合材は300MPaの曲げ強さを有してい
た。Such an Al 2 O 3 porous body is used as a matrix to impregnate at least one of SiO 2 , MgO and Si 3 N 4 . For example Si
In the case of O 2 , Al 2 O 3 porous body is immersed in colloidal silica,
It is impregnated into an Al 2 O 3 porous body and then fired at 1600 ° C. The resulting composite had a flexural strength of 300 MPa.
実施例２ 前述の実施例１にあってはガラス成形体７が円筒形状
のプリフォームであったが、それに代えて、本実施例で
はプレート状の石英ガラス成形体７を使用する。そし
て、実施例１と同一の条件で成形体７を処理する。Example 2 In Example 1 described above, the glass molded body 7 was a cylindrical preform, but instead of this, a plate-shaped quartz glass molded body 7 is used. Then, the molded body 7 is processed under the same conditions as in Example 1.
実施例３ 第７図はAl2O3−Al−Si系複合材を製造するための蒸
着装置の一例の概略を示している。Example 3 FIG. 7 schematically shows an example of a vapor deposition apparatus for producing an Al 2 O 3 —Al—Si based composite material.
石英ガラス製の反応容器１は上部が開放されていて、
下方部が閉じられている。その内部には高純度カーボン
製のルツボ２が配置してある。反応容器１の上部にはシ
ャッター３が設けてある。シャッター３の上部には出入
れ部分４が設けてある。出入れ部分４の側部には別のシ
ャッター５が設けてある。出入れ部分４とシャッター３
を貫通して線状の保持器６が垂直に配装できるようにな
っている。保持器６の上部は実施例１と同じように上下
駆動機構13に連結されていて、下方部はSiO2を主成分と
する円管状のガラス成形体７を保持する。また、反応容
器１の上方側部には排気口８が形成してあって、真空ポ
ンプ９に接続してある。さらに反応容器１およびガラス
成形体７の外側にはヒータ10が螺旋状に配置してある。The reaction vessel 1 made of quartz glass has an open top,
The lower part is closed. A crucible 2 made of high-purity carbon is arranged inside thereof. A shutter 3 is provided above the reaction container 1. An entrance / exit portion 4 is provided above the shutter 3. Another shutter 5 is provided on the side of the entrance / exit portion 4. Exit part 4 and shutter 3
The linear retainer 6 can be vertically installed by penetrating therethrough. The upper part of the holder 6 is connected to the vertical drive mechanism 13 as in the first embodiment, and the lower part holds the cylindrical glass molded body 7 whose main component is SiO 2 . An exhaust port 8 is formed on the upper side of the reaction container 1 and is connected to a vacuum pump 9. Further, a heater 10 is spirally arranged outside the reaction container 1 and the glass molded body 7.
符号12はルツボ２に収容されている純度99.9％のAl融
液を示している。Reference numeral 12 indicates an Al melt having a purity of 99.9% contained in the crucible 2.
なお、ルツボ２を支持するための手段は図の簡略をは
かるため図示を省略している。The means for supporting the crucible 2 is not shown in order to simplify the drawing.
製造にあたっては、まず円管状のプリフォームをつく
る。すなわち、SiO2を主成分とする（たとえば石英ガラ
ス製の）ガラス成形体７を円筒形状につくる。そのあ
と、シャッター５を開けて、そのガラス成形体７を保持
器６の下端に取りつけ、しかるのちシャッター５を閉じ
る。つぎはシャッター３を開けて、保持器６の下端を下
降させることにより、そのようなガラス成形体７を10〜
15Torrの減圧下または不活性雰囲気下の反応容器１内で
保持する。その間、純度99.9％のAl融液12が加熱されて
蒸発し、ガラス成形体７に蒸着する。それにより、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式にしたがってAlとSiO2を
反応させ、ガラス成形体７中のSiO2をAl2O3に置換し、A
l2O3−Al−Si系の複合材を得る。そのあと、保持器６の
下端をさらに上昇させることにより複合材を出入れ部分
４まで上昇させ、シャッター３を閉じてからシャッター
５を開け、複合材を保持器６から除去する。In manufacturing, first, a circular tubular preform is made. That is, a glass molded body 7 containing SiO 2 as a main component (for example, made of quartz glass) is formed into a cylindrical shape. After that, the shutter 5 is opened, the glass molded body 7 is attached to the lower end of the holder 6, and then the shutter 5 is closed. Next, the shutter 3 is opened, and the lower end of the cage 6 is lowered to remove such a glass molded body 10 from 10 to 10.
Hold in the reaction vessel 1 under a reduced pressure of 15 Torr or in an inert atmosphere. During that time, the Al melt 12 having a purity of 99.9% is heated and evaporated, and deposited on the glass molded body 7. Thereby, 4Al + 3SiO 2 → 2Al 2 O 3 + 3Si formula reacting the Al and SiO 2 in accordance with the, replace SiO 2 in the glass molded product 7 to the Al 2 O 3, A
obtaining l 2 O 3 -Al-Si-based composite material. After that, the lower end of the cage 6 is further raised to raise the composite material to the inlet / outlet portion 4, and the shutter 5 is opened after closing the shutter 3 to remove the composite material from the cage 6.
以上の製造方法で得られたAl2O3−Al−Si系複合材を
さらにエッチング剤により処理してAlとSiの固溶体を除
去する。たとえば、HFとHNO3とH2Oを1:1:1の割合で混合
したエッチング剤によりAlとSiの固溶体を完全に除去す
る。かくして得られた多数のAl2O3からなる長尺体が互
いに連結されて形成されたAl2O3多孔体は第２〜４図に
示すような構造を有する。The Al 2 O 3 —Al—Si composite material obtained by the above manufacturing method is further treated with an etching agent to remove the solid solution of Al and Si. For example, the solid solution of Al and Si is completely removed by an etching agent in which HF, HNO 3 and H 2 O are mixed at a ratio of 1: 1: 1. The Al 2 O 3 porous body thus obtained, which is formed by connecting a large number of Al 2 O 3 elongated bodies to each other, has a structure as shown in FIGS.
このようなAl2O3多孔体をマトリックスとして使用
し、SiO2、MgO、Si3N4の１種以上を含浸する。たとえば
SiO2の場合、Al2O3多孔体をコロイダルシリカに浸漬
し、それをAl2O3多孔体に含浸させ、そのあと1600℃で
焼成する。Such an Al 2 O 3 porous body is used as a matrix and impregnated with at least one of SiO 2 , MgO and Si 3 N 4 . For example
In the case of SiO 2 , the Al 2 O 3 porous body is dipped in colloidal silica, the Al 2 O 3 porous body is impregnated with it, and then baked at 1600 ° C.
実施例４ 前述の実施例３にあってはガラス成形体７が円管形状
のプリフォームであったが、それに代えて、本実施例で
はバルク状の石英ガラスウールを使用する。そして、実
施例３と同一の条件で石英ガラスウールを処理する。Example 4 In Example 3 described above, the glass molded body 7 was a cylindrical tubular preform, but instead of this, bulk quartz glass wool is used in this example. Then, the quartz glass wool is treated under the same conditions as in Example 3.
発明の効果 本発明によるセラミック複合材は、複雑な形状であっ
ても容易に製造することができるばかりでなく、機械的
強度、耐摩耗性が高い。また、金属と比較すると、この
発明によるセラミック複合材の比重は大巾に小さい。EFFECTS OF THE INVENTION The ceramic composite material according to the present invention not only can be easily manufactured even in a complicated shape, but also has high mechanical strength and wear resistance. Also, the specific gravity of the ceramic composite material according to the present invention is far smaller than that of metal.
本発明によるセラミック複合材においては、マトリッ
クスが多数のAl2O3の長尺体を互いに連結したものであ
り、そこにSiO2、MgO、Si3N4の１種以上が含浸されて焼
成されているので、少なくともその界面において強固な
固溶体ができやすく、そのため、機械的強度とくに曲げ
強さが格段に向上する。たとえば、本発明者の実験によ
れば、曲げ強さは、SiO2の含浸の場合は、実施例１に示
すように約300MPaであり、また実施例１におけるSiO2含
浸と同様にMgO含浸とした場合には約320MPaで、同様にS
i3N4含浸の場合は約350MPaであった。これに対し、第８
図に示す従来のアルミナ系セラミック材料の場合は曲げ
強さが約230MPaにすぎない。In the ceramic composite material according to the present invention, the matrix is formed by connecting a number of elongated Al 2 O 3 bodies to one another, and impregnated with one or more of SiO 2 , MgO and Si 3 N 4 and fired. Therefore, a strong solid solution is likely to be formed at least at the interface, so that the mechanical strength, especially the bending strength is remarkably improved. For example, according to the experiments conducted by the present inventors, bending strength, in the case of the SiO 2 impregnation is about 300MPa as shown in Example 1, also the MgO impregnated similarly to SiO 2 impregnation in Example 1 If it is about 320MPa, S
In the case of i 3 N 4 impregnation, it was about 350 MPa. On the other hand, the 8th
In the case of the conventional alumina-based ceramic material shown in the figure, the bending strength is only about 230 MPa.
応用例 本発明による複合材は、靭性および軽量を必要とする
航空機の構造材、オールセラミックスのエンジン、防弾
チョッキ、戦車のそう甲板、ゴルフクラブのフェース、
バイオセラミックス等に最適である。Application Example The composite material according to the present invention is an aircraft structural material that requires toughness and light weight, an all-ceramic engine, a bulletproof vest, a tank deck, a golf club face,
Most suitable for bioceramics.
また、本発明による複合材は、潤滑性と耐摩耗性がよ
いので、メカニカルシールや、つり糸リングとしても最
適である。Further, the composite material according to the present invention has good lubricity and wear resistance, and is therefore suitable as a mechanical seal or a hanging thread ring.
第１図は本発明方法に使用するAl2O3−Al−Si系複合材
の微細構造の断面を示す顕微鏡写真、第２〜４図は第１
図に示した複合材からAlとSiの固溶体を除去して得られ
たAl2O3多孔体を示す互に倍率の異なる顕微鏡写真、第5
A図と第5B図は、それぞれ、この発明によるセラミック
複合材の微細構造を示す断面図と顕微鏡写真、第６図は
本発明方法に使用する反応炉の一例を示す概略説明図、
第７図は本発明の別の方法に使用するための蒸着装置の
一例を示す概略説明図、第８図は従来のアルミナ系セラ
ミック材料の微細構造を示す断面図、第９図は第２〜４
図に示したAl2O3多孔体の気孔の特徴を示すグラフであ
る。 １……反応容器 ２……ルツボ ３……シャッター ４……出入れ部分 ５……シャッター ７……ガラス成形体 12……Al融液FIG. 1 is a micrograph showing a cross section of a fine structure of an Al 2 O 3 —Al—Si based composite material used in the method of the present invention, and FIGS.
Micrographs of Al 2 O 3 porous material obtained by removing the solid solution of Al and Si from the composite material shown in FIG.
FIG. A and FIG. 5B are respectively a cross-sectional view and a micrograph showing the microstructure of the ceramic composite material according to the present invention, and FIG. 6 is a schematic explanatory view showing an example of a reaction furnace used in the method of the present invention,
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing an example of a vapor deposition apparatus for use in another method of the present invention, FIG. 8 is a sectional view showing a fine structure of a conventional alumina-based ceramic material, and FIG. Four
3 is a graph showing characteristics of pores of the Al 2 O 3 porous body shown in the figure. 1 ... Reactor container 2 ... Crucible 3 ... Shutter 4 ... Entrance / exit part 5 ... Shutter 7 ... Glass molding 12 ... Al melt
フロントページの続き (72)発明者 松尾 秀逸 山形県西置賜郡小国町大字小国町378 東 芝セラミツクス株式会社小国製造所内 (72)発明者 佐々木 泰実 山形県西置賜郡小国町大字小国町378 東 芝セラミツクス株式会社小国製造所内 (56)参考文献 特開 昭60−60977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−136015（ＪＰ，Ａ)Front page continued (72) Inventor Hideo Matsuo 378 Oguni-machi, Oguni-cho, Nishiokitama-gun, Yamagata Prefecture In the Oguni Plant of Toshiba Toshiba Ceramics Co., Ltd. Oguni Manufacturing Co., Ltd. (56) Reference JP-A-60-60977 (JP, A) JP-A-53-136015 (JP, A)
Claims (3)
されてAl2O3多孔体が形成されていて、そのAl2O3多孔体
の孔にSiO2、MgO、Si3N4の１種以上が密に含有されてい
ることを特徴とするセラミック複合材。[Claim 1] consists of a large number of Al 2 O 3 long body are connected to each other Al 2 O 3 porous body be formed, SiO 2, MgO, Si 3 into the hole of the Al 2 O 3 porous A ceramic composite material characterized in that one or more kinds of N 4 are densely contained.
のAl融液中に浸漬してAlとSiO2を反応させ、その後Alと
Siを除去して、多数のAl2O3からなる長尺体が互いに連
結されたAl2O3多孔体を形成し、しかるのちAl2O3多孔体
の孔にSiO2、MgO、Si3N4の１種以上を含浸してから焼成
することを特徴とするセラミック複合材の製造方法。2. A glass molded body containing SiO 2 as a main component is immersed in a high-purity Al melt to cause Al and SiO 2 to react with each other, and then with Al.
Si is removed to form an Al 2 O 3 porous body in which many elongated bodies made of Al 2 O 3 are connected to each other, and then SiO 2 , MgO, Si 3 are formed in the pores of the Al 2 O 3 porous body. A method for producing a ceramic composite material, comprising impregnating one or more of N 4 and then firing.
着処理し、ガラス成形体中のSiO2とAlを反応させ、その
後AlとSiを除去して、多数のAl2O3からなる長尺体が互
いに連結されたAl2O3多孔体を形成し、しかるのちAl2O3
多孔体の孔にSiO2、MgO、Si3N4の１種以上を含浸してか
ら焼成することを特徴とするセラミック複合材の製造方
法。3. A glass compact mainly composed of SiO 2 is vapor-deposited with Al to react SiO 2 and Al in the glass compact, and then Al and Si are removed to obtain a large number of Al 2 O 3 formed of an elongated body to form a mutually linked Al 2 O 3 porous, accordingly later Al 2 O 3
A method for producing a ceramic composite material, which comprises impregnating pores of a porous body with at least one of SiO 2 , MgO, and Si 3 N 4 and then firing.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106938A JPH085709B2 (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Ceramic composite material and manufacturing method thereof |
| US06/855,402 US4670320A (en) | 1985-05-21 | 1986-04-24 | Alumina formed body and method for its manufacture |
| DE19863616927 DE3616927A1 (en) | 1985-05-21 | 1986-05-20 | MOLDED ALUMINUM OXIDE BODY AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106938A JPH085709B2 (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Ceramic composite material and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266346A JPS61266346A (en) | 1986-11-26 |
| JPH085709B2 true JPH085709B2 (en) | 1996-01-24 |
Family
ID=14446327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60106938A Expired - Lifetime JPH085709B2 (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Ceramic composite material and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085709B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9468586B2 (en) | 2011-10-31 | 2016-10-18 | Ge Healthcare Limited | Pierce and fill device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53136015A (en) * | 1977-05-04 | 1978-11-28 | Sumitomo Electric Industries | Sintered high hardness object for tool making and method of its manufacture |
| JPS6060977A (en) * | 1984-07-21 | 1985-04-08 | 住友電気工業株式会社 | Sintered body for high hardness tool |
-
1985
- 1985-05-21 JP JP60106938A patent/JPH085709B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9468586B2 (en) | 2011-10-31 | 2016-10-18 | Ge Healthcare Limited | Pierce and fill device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61266346A (en) | 1986-11-26 |
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